JP2022045735A

JP2022045735A - Ｒｆタグ

Info

Publication number: JP2022045735A
Application number: JP2020151481A
Authority: JP
Inventors: 秀明土田; Hideaki Tsuchida; 宏孝竹田; Hirotaka Takeda; 元紀花野; Motonori Hanano; 光則江口; Mitsunori Eguchi
Original assignee: Nippon Steel Texeng Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Texeng Co Ltd
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2022-03-22

Abstract

【課題】アンテナをビームアンテナ化して通信感度そのものを向上させることにより、管理対象物の材質、形状及び構成等の影響を受け難く、リーダライタとの通信を確実に行うことができ、汎用性及び通信の安定性に優れたＲＦタグを提供する。【解決手段】平面視して長方形状に形成され管理対象物に取付けられてリーダライタと通信を行うシート状のＲＦタグ１０であって、ＩＣチップ１３を中心として左右対称又は点対称に形成される主アンテナ部２０と、ＲＦタグ１０の長辺方向の両端部に主アンテナ部２０と間隔を空けて形成される左右の追加アンテナ素子２１ａ、２１ｂとを有するアンテナ１４を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ＲＦＩＤ技術を利用した管理対象物のトラッキング（追跡）手段等に用いられるＲＦタグに関する。

現在、自動車製造ライン等におけるトラッキング手段として、パッシブ型のＲＦタグを用いたＲＦＩＤ技術へのニーズが高まってきている。ＲＦＩＤでは、ＲＦタグとリーダライタとの間で電磁波（電波）を送受信することにより、両者の間で情報のやり取り（データの読み取りと書き込み）を行う。このとき、ＲＦタグのアンテナのパターン（各部の形状、面積及び配置等）が通信性能（通信の感度）に大きな影響を与えるため、ＲＦタグのアンテナについては、様々なパターンが検討されている。また、管理対象物の構成及びＲＦタグの構造自体も、通信性能に影響を与えるため、例えば特許文献１、２のように、アンテナのパターンだけでなく、管理対象物の構成に応じたＲＦタグの構造についても検討されている。

特開２０２０－３０７０３号公報特開２０２０－２１３８９号公報

しかしながら、特許文献１のＲＦタグラベルは、液体を入れる容器に貼り付けても通信性能が著しく悪化しないように構成したものであり、管理対象物が限定され、汎用性に欠けるという課題があった。また、特許文献２のＲＦタグ付き包装体は、アンテナの結合素子と、管理対象物の包装体の金属材料を静電結合させ、包装体の金属材料をアンテナの放射板として利用できるように構成したものであり、管理対象物の包装体に金属材料が使用されていることが前提となっており、汎用性に欠けるという課題があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、アンテナをビームアンテナ化して通信感度そのものを向上させることにより、管理対象物の材質、形状及び構成等の影響を受け難く、リーダライタとの通信を確実に行うことができ、汎用性及び通信の安定性に優れたＲＦタグを提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係るＲＦタグは、平面視して長方形状に形成され管理対象物に取付けられてリーダライタと通信を行うシート状のＲＦタグであって、
ＩＣチップを中心として左右対称又は点対称に形成される主アンテナ部と、該ＲＦタグの長辺方向の両端部に前記主アンテナ部と間隔を空けて形成される左右の追加アンテナ素子とを有するアンテナを備えている。

本発明に係るＲＦタグにおいて、前記主アンテナ部は、前記ＩＣチップの左右両側部に形成される一対の面状素子と、前記ＩＣチップと前記各面状素子を接続する線状素子とを有し、前記各追加アンテナ素子は、前記各面状素子の外側に配置されることが好ましい。

本発明に係るＲＦタグにおいて、左右の前記追加アンテナ素子は、前記ＩＣチップを中心として点対称に形成されることが好ましい。

本発明に係るＲＦタグにおいて、一方の前記追加アンテナ素子は、該ＲＦタグの短辺方向の一側から他側に向かって先細りとなる三角形状に形成され、他方の前記追加アンテナ素子は、該ＲＦタグの短辺方向の他側から一側に向かって先細りとなる三角形状に形成されることが好ましい。

本発明に係るＲＦタグにおいて、該ＲＦタグの長辺方向の一側に配置される前記追加アンテナ素子は、該ＲＦタグの長辺方向の一側に向かって凸となるように湾曲した三日月状に形成され、該ＲＦタグの長辺方向の他側に配置される前記追加アンテナ素子は、該ＲＦタグの長辺方向の他側に向かって凸となるように湾曲した三日月状に形成されてもよい。

本発明に係るＲＦタグは、ＩＣチップを中心として左右対称又は点対称に形成される主アンテナ部に加え、ＲＦタグの長辺方向の両端部に主アンテナ部と間隔を空けて左右の追加アンテナ素子が形成されたアンテナを有することにより、アンテナをビームアンテナ化して通信感度を向上させることができ、ＲＦタグが取り付けられる管理対象物の材質、形状及び構成等の影響を受け難く、リーダライタとの通信を確実に行うことができ、汎用性及び通信の安定性に優れる。

本発明に係るＲＦタグにおいて、主アンテナ部が、ＩＣチップの左右両側部に形成される一対の面状素子と、ＩＣチップと各面状素子を接続する線状素子とを有し、各追加アンテナ素子が、各面状素子の外側に配置された場合、アンテナを効率的にビーム化することができ、受信感度を高めることができる。

本発明に係るＲＦタグにおいて、左右の追加アンテナ素子が、ＩＣチップを中心として点対称に形成された場合、主アンテナ部に左右の追加アンテナ素子を加えたアンテナ全体のパターンがＩＣチップを中心として点対称となるため、ＲＦタグの取り付け時に、上下或いは左右が反転しても通信感度が変動することがなく、安定した受信状態を維持することができる。

本発明に係るＲＦタグにおいて、一方の追加アンテナ素子が、ＲＦタグの短辺方向の一側から他側に向かって先細りとなる三角形状に形成され、他方の追加アンテナ素子が、ＲＦタグの短辺方向の他側から一側に向かって先細りとなる三角形状に形成された場合、左右の追加アンテナ素子が、ＩＣチップを中心として点対称となるため、ＲＦタグの取り付け時に、ＲＦタグの向き（上下或いは左右）を気にする必要がなく、取り付け作業性に優れる。

本発明に係るＲＦタグにおいて、ＲＦタグの長辺方向の一側に配置される追加アンテナ素子が、ＲＦタグの長辺方向の一側に向かって凸となるように湾曲した三日月状に形成され、ＲＦタグの長辺方向の他側に配置される追加アンテナ素子が、ＲＦタグの長辺方向の他側に向かって凸となるように湾曲した三日月状に形成された場合、円形又は楕円形に湾曲した面状素子の外側に、所定の間隔を空けて左右の追加アンテナ素子を効率的に配置し、通信感度を高めることができると共に、左右の追加アンテナ素子がＩＣチップを中心として点対称となるため、ＲＦタグの取り付け時に、ＲＦタグの向き（上下或いは左右）を気にする必要がなく、取り付け作業性に優れる。

（Ａ）は本発明の一実施の形態に係るＲＦタグの斜視図であり、（Ｂ）は同ＲＦタグの構造を示す分解斜視図である。同ＲＦタグにおけるアンテナのパターンを示す模式平面図である。同ＲＦタグにおけるアンテナのパターンの第１の変形例を示す模式平面図である。同ＲＦタグにおけるアンテナのパターンの第２の変形例を示す模式平面図である。同ＲＦタグにおけるアンテナのパターンの第３の変形例を示す模式平面図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示す本発明の一実施の形態に係るシート状のＲＦタグ１０は、平面視して長方形状に形成され管理対象物（図示せず）に取付けられてリーダライタ（図示せず）と通信を行う（リーダライタとの間で電磁波（電波）を送受信する）ことにより、両者の間で情報のやり取り（データの読み取りと書き込み）を行うものである。よって、このＲＦタグ１０を例えば自動車製造ライン等を流れる各種部品（製品）等の管理対象物に取付け、ラインに沿って要所に設置されたリーダライタと、ライン上を移動する各管理対象物のＲＦタグ１０との間で適宜、通信を行わせることにより、管理対象物のトラッキング（追跡）を行うことができる。

以下、ＲＦタグ１０の詳細について説明する。
図１（Ａ）に示すシート状のＲＦタグ１０は、図１（Ｂ）に示すように、それぞれが長方形状に形成された基材１１と表層材１２との間に、ＩＣチップ１３とアンテナ１４を備えたアンテナ付きＩＣチップ（インレイ）１５を挟み込んだものである。アンテナ１４は、基材１１の表面に、導電性を有するインクでパターンを印刷して作製することや、蒸着等によりアルミニウム等の金属薄膜を形成しエッチング等でパターン加工して作製することができるが、その作製方法はこれらに限定されるものではなく、適宜、選択することができる。そして、アンテナの作製方法に応じて、紙（木材パルプを主原料とする一般的な紙以外に、ポリプロピレン等の合成樹脂を主原料とする合成紙を含む）又はポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、アクリルニトリル－ブタジエン－スチレン共重合合成樹脂（ＡＢＳ）等の合成樹脂フィルム等を選択し、基材として用いることができるが、基材の材質はこれらに限定されるものではない。また、表層材１２の材質としては、基材１１と同様の紙が好適に用いられるが、これに限定されるものではない。なお、アンテナ付きＩＣチップ１５の表面全体をＰＥＴ等の合成樹脂フィルムで封止（ラミネート）した上で、表層材１２で覆ってもよい。基材１１の裏面には粘着層１７を介して剥離紙（台紙）１８が貼り付けられており、使用時に剥離紙１８を剥がすだけで、ＲＦタグ１０を管理対象物の所望の位置に貼着することができる。

次に、アンテナ１４のパターンの詳細について説明する。
アンテナ１４は、図１（Ｂ）、図２に示すように、ＩＣチップ１３を中心として左右対称（点対称でもある）に形成される主アンテナ部２０と、ＲＦタグ１０の長辺方向の両端部に主アンテナ部２０と間隔を空けて形成される左右の追加アンテナ素子２１ａ、２１ｂとを有している。なお、図１（Ｂ）、図２の二点鎖線は、主アンテナ部２０が形成される領域（主アンテナ部２０の外形）のみを示したものであり、２つの二等辺三角形をそれぞれの頂点を中心に左右対称（点対称でもある）に配置した形状となっている。この主アンテナ部２０は、ＩＣチップ１３の左右両側部に形成される一対の面状素子（図示せず）と、ＩＣチップ１３と各面状素子を接続する線状素子（図示せず）とを有し、各追加アンテナ素子２１ａ、２１ｂは、各面状素子の外側に配置される。面状素子を有することにより、アンテナ１４の利得を向上させることができるが、その面積は、適宜、選択することができる。このとき、面状素子の形状は、主アンテナ部２０が形成される領域の形状に合わせて、三角形状又は台形状に形成することが好ましいが、これらに限定されるものではなく、適宜、選択することができる。また、線状素子はＩＣチップ１３と各面状素子を接続する（左右の面状素子を接続する中間位置でＩＣチップ１３を経由する）ように一筆書きで形成されていればよく、その形状（パターン）は、適宜、選択することができるが、ジグザグ状に蛇行させることが好ましい。なお、線状素子の幅（太さ）及び長さ（全長）は、適宜、選択することができる。また、図１（Ｂ）、図２に二点鎖線で示した楕円は、面状素子及び線状素子が形成されない領域を表しているが、その形状、大きさ及び配置は、適宜、選択することができる。

本実施の形態では、左右の追加アンテナ素子２１ａ、２１ｂのうち、一方の追加アンテナ素子２１ａは、ＲＦタグ１０の短辺方向の一側から他側に向かって先細りとなる三角形状に形成され、他方の追加アンテナ素子２１ｂは、ＲＦタグ１０の短辺方向の他側から一側に向かって先細りとなる三角形状に形成されている。これにより、左右の追加アンテナ素子２１ａ、２１ｂは、ＩＣチップ１３を中心として点対称に形成されており、アンテナ１４全体もＩＣチップ１３を中心として点対称に形成されている。なお、本実施の形態では、追加アンテナ素子２１ａ、２１ｂの形状を二等辺三角形としたが、これに限定されるものではなく、直角三角形又はその他の三角形としてもよい。
このように、左右の追加アンテナ素子２１ａ、２１ｂが形成されることにより、アンテナ１４をビームアンテナ化して通信感度を向上させることができる。その結果、ＲＦタグ１０が取り付けられる管理対象物の材質、形状及び構成等の影響を受け難く、リーダライタとの通信を確実に行うことができる。また、アンテナ１４全体がＩＣチップ１３を中心として点対称に形成されていることにより、使用時に、上下（左右）が反転しても通信感度が変動することがなく、安定した受信状態を維持することができるので、ＲＦタグ１０の取り付け時に、ＲＦタグ１０の向き（上下或いは左右）を気にする必要がない。

ＲＦタグ１０は平面状態のまま使用することもできるし、管理対象物の表面形状に応じて湾曲させて使用することもできる。また、ＲＦタグ１０は、管理対象物に直接、貼り付ける以外に、適宜の支持体に貼り付けて、紐等の吊下げ部材を用いて管理対象物の所望の位置に吊下げて使用することもできる。なお、支持体の形状は平板状でもよいし、円柱体又は円筒体等の立体的形状でもよい。支持体の材質としては、塩化ビニル混和物（ＰＶＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）等の合成樹脂（非金属）が好適に用いられるが、これらに限定されるものではなく、ＲＦタグの通信感度に影響を与えないものを適宜、選択することができる。

ここで、ＲＦタグ１０とリーダライタとの通信の確実性を左右する要素の１つは、ＲＦタグ１０の共振周波数であり、ＲＦタグ１０とリーダライタとの通信で使用される電磁波（電波）の周波数帯（ＵＨＦ（ＵｌｔｒａＨｉｇｈＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯では８６０～９６０ＭＨｚであり、日本国内での割当ては９２０ＭＨｚ）に合わせて、アンテナ１４のパターンを形成する必要がある。ＲＦタグ１０の共振周波数ｆは、アンテナ付きＩＣチップ１５のリアクタンスＬとキャパシタンスＣから次式（１）で求められる。
ｆ＝１／２π（ＬＣ）^１／２・・・（１）
このとき、キャパシタンスＣは、主アンテナ部２０のキャパシタンスＣ０と追加アンテナ素子２１ａ、２１ｂのキャパシタンスＣ１を合計したもの（Ｃ＝Ｃ０＋Ｃ１）であり、これに基づいて、ＲＦタグ１０の共振周波数ｆが、通信で使用される電磁波（電波）の周波数帯と一致するようにアンテナ１４（主アンテナ部２０及び追加アンテナ素子２１ａ、２１ｂ）のパターンを形成することにより、良好な通信状態が得られる。
なお、ＩＣタグ１０は、リードオンリー型、ライトワンス型、リード・ライト型のいずれでもよい。

次に、アンテナのパターンの変形例について説明する。
図３に示す第１の変形例のアンテナ２３のパターンがアンテナ１４と異なる点は、二点鎖線で示された主アンテナ部２４が形成される領域が、２つの五角形を左右対称（点対称でもある）に配置した形状になっている点である。この場合、面状素子（図示せず）の形状は、主アンテナ部２４が形成される領域の形状に合わせて、長方形状又は正方形状に形成することが好ましい。
図４に示す第２の変形例のアンテナ２６のパターンがアンテナ１４と異なる点は、二点鎖線で示された主アンテナ部２７が形成される領域が、２つの平行四辺形を点対称に配置した形状になっている点である。この場合、面状素子（図示せず）の形状は、主アンテナ部２７が形成される領域の形状に合わせて、平行四辺形状又は台形状に形成することが好ましい。
アンテナ２３、２６は、主アンテナ部２４、２７における面状素子及び線状素子の形状及び配置が、アンテナ１４の主アンテナ部２０における面状素子及び線状素子の形状及び配置とは異なっていても、追加アンテナ素子２１ａ、２１ｂでビーム化されることにより、アンテナ１４と同様の作用、効果を得ることができる。

図５に示す第３の変形例のアンテナ２９のパターンがアンテナ１４と異なる点は、二点鎖線で示された主アンテナ部３０が形成される領域が、２つの楕円を左右対称（点対称でもある）に配置した形状になっている点と、２つの追加アンテナ素子３１ａ、３１ｂのうち、ＲＦタグの長辺方向の一側に配置される追加アンテナ素子３１ａは、ＲＦタグの長辺方向の一側に向かって凸となるように湾曲した三日月状に形成され、ＲＦタグの長辺方向の他側に配置される追加アンテナ素子３１ｂは、ＲＦタグの長辺方向の他側に向かって凸となるように湾曲した三日月状に形成されている点である。この場合、面状素子（図示せず）の形状は、主アンテナ部３０が形成される領域の形状に合わせて、円形状、楕円形状、半円形状又は半楕円形状に形成することが好ましい。そして、追加アンテナ素子３１ａ、３１ｂが、先に説明したように、三日月状に形成されることにより、主アンテナ部３０（面状素子）の両外側に沿うように追加アンテナ素子３１ａ、３１ｂを効率的に配置して通信感度を高めることができ、アンテナ１４と同様の作用、効果を得ることができる。
なお、アンテナ２３、２６、２９の主アンテナ部２４、２７、３０が形成される領域内には、アンテナ１４の主アンテナ部２０と同様に、面状素子及び線状素子が形成されない領域が存在していてもよい。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、ＲＦタグとしては、電池を内蔵する必要がないパッシブ型のＲＦタグが好適に用いられるが、アクティブ型又はセミアクティブ型のＲＦタグを用いることもできる。また、リーダライタとＲＦタグとの通信にはＵＨＦ帯（特に９２０ＭＨｚ）が好適に用いられるが、これに限定されるものではなく、従来公知の周波数帯を用いることができ、リーダライタ及びＲＦタグの仕様に応じて、適宜、選択することができる。
追加アンテナ素子の形状は、三角形状又は三日月状に限定されるものではなく、適宜、選択することができ、例えば台形状に形成することもできるし、Ｌ字状又はコ字状等に形成することもできる。追加アンテナ素子をＬ字状又はコ字状等に形成する場合、その線幅は全長にわたって一定である必要はなく、各辺の線幅が異なっていてもよいし、各辺の中で線幅を変化させてもよい。

１０：ＲＦタグ、１１：基材、１２：表層材、１３：ＩＣチップ、１４：アンテナ、１５：アンテナ付きＩＣチップ（インレイ）、１７：粘着層、１８：剥離紙（台紙）、２０：主アンテナ部、２１ａ、２１ｂ：追加アンテナ素子、２３：アンテナ、２４：主アンテナ部、２６：アンテナ、２７：主アンテナ部、２９：アンテナ、３０：主アンテナ部、３１ａ、３１ｂ：追加アンテナ素子

Claims

平面視して長方形状に形成され管理対象物に取付けられてリーダライタと通信を行うシート状のＲＦタグであって、
ＩＣチップを中心として左右対称又は点対称に形成される主アンテナ部と、該ＲＦタグの長辺方向の両端部に前記主アンテナ部と間隔を空けて形成される左右の追加アンテナ素子とを有するアンテナを備えていることを特徴とするＲＦタグ。
請求項１記載のＲＦタグにおいて、前記主アンテナ部は、前記ＩＣチップの左右両側部に形成される一対の面状素子と、前記ＩＣチップと前記各面状素子を接続する線状素子とを有し、前記各追加アンテナ素子は、前記各面状素子の外側に配置されることを特徴とするＲＦタグ。
請求項１又は２記載のＲＦタグにおいて、左右の前記追加アンテナ素子は、前記ＩＣチップを中心として点対称に形成されることを特徴とするＲＦタグ。
請求項１～３のいずれか１記載のＲＦタグにおいて、一方の前記追加アンテナ素子は、該ＲＦタグの短辺方向の一側から他側に向かって先細りとなる三角形状に形成され、他方の前記追加アンテナ素子は、該ＲＦタグの短辺方向の他側から一側に向かって先細りとなる三角形状に形成されることを特徴とするＲＦタグ。
請求項１～３のいずれか１記載のＲＦタグにおいて、該ＲＦタグの長辺方向の一側に配置される前記追加アンテナ素子は、該ＲＦタグの長辺方向の一側に向かって凸となるように湾曲した三日月状に形成され、該ＲＦタグの長辺方向の他側に配置される前記追加アンテナ素子は、該ＲＦタグの長辺方向の他側に向かって凸となるように湾曲した三日月状に形成されることを特徴とするＲＦタグ。